CN109396511A - 一种大型大锥度半罩薄壁铸钢壳体机械加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于铸钢材料弱刚性结构件的铣削机械加工技术领域，公开了一种大型大锥度半罩薄壁铸钢壳体机械加工方法，包括以下步骤：壳体加工流程的设计；加工余量的分配；装夹方法；铣削加工刀轨路径设计；刀具及切削参数的选用。本发明提供的大型大锥度半罩薄壁铸钢壳体机械加工方法解决了加工过程中零件的刚性差装夹困难，内外型面颤纹大、刀具易断裂、加工效率低、产品质量不稳定，不能满足使用要求的问题。

Description

一种大型大锥度半罩薄壁铸钢壳体机械加工方法

技术领域

本发明涉及铸钢材料弱刚性结构件的铣削机械加工技术领域，特别涉及一种大型大锥度半罩薄壁铸钢壳体机械加工方法。

背景技术

大型整体铸钢件材料因其强度高、铸造易成型、成本低廉，逐渐被设计运用在航天飞行器的试验中。“大型大锥度、薄壁、整体铸钢材料”是此类结构件的主要特点，目前主要采用模具铸造，铸造后通过机械加工流程完成产品制造。

“大型大锥度、薄壁、整体铸钢材料”的半罩形壳体具有以下特点：(1)零件结构本身刚性差，加工基准难以确定，装夹困难；(2)零件材料去除量大，传统加工方法采用球头刀加工曲面，加工效率低下；(3)内型面网格加工中，拐角数量多，刀具换向频繁，在网格周边四处拐角处主轴受到较大冲击，主轴振动幅度大，易造成啃刀；(4)材料去除集中在铣削加工中，铣削量较大，加工中存在热应力和切削应力。

(1)铸件尺寸不均匀，导致后续各型面加工余量不均匀，对于后续加工量及加工的基准的协调造成影响；

(2)材料去除都集中在铣削加工中，铣削量大大，加工中存在较大的热应力和切削应力；

(3)零件本身的结构属于大型薄壁弱刚性结构，装夹方式的不当将导致零件后续加工变形量难以控制，难以满足设计的装配使用要求；

(4)内型面网格多，加工内型面时刀具拐角多，刀具换向频繁，加工效率低。

发明内容

本发明提供一种大型大锥度半罩薄壁铸钢壳体机械加工方法，解决加工过程中零件的刚性差装夹困难，内外型面颤纹大、刀具易断裂、加工效率低、产品质量不稳定，不能满足使用要求的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种大型大锥度半罩薄壁铸钢壳体机械加工方法，包括以下步骤：

壳体加工流程的设计：

对壳体毛坯进行三维扫描及检测，将壳体的扫描模型和最终零件模型进行比对，确定各型面的加工余量；

粗加工内外形，内外形均留2mm余量；

人工时效，通过人工时效消除加工中的应力；

半精加工内外形，内外形均留1mm余量；

人工时效，通过人工时效消除加工中的应力；

精加工内外形，保证内外形及壁厚尺寸；

加工余量的分配：

粗加工材料去除量不小于75％，粗加工留余量为2mm；

半精加工留余量1mm；

装夹方法：

加工外型面时，利用半罩对接面上的孔将半罩与四块等高的垫板连接固定，再将垫板固定在工作台上；

加工内型时，利用外型面定位，将外型面贴合工装，并压紧半罩对接面；

铣削加工刀轨路径设计：

粗加工路径设计：加工区域划分：将零件型面分割成两种特征,外型面定义为凸曲面，内型面定义为凹曲面；

加工顺序：先对外型面进行加工，然后对内型面进行加工；

路径设计方法：

外形凸曲面加工区采用深度方向分层，沿外形轮廓长度方向顺时针加工，选用圆鼻铣刀进行材料去量，切宽为刀具直径的50％，每次切深1mm～1.5mm；

内型凹曲面加工区采用与曲面曲率变化方向一致的加工方向进行分层加工，选用圆鼻铣刀，切深1mm～1.5mm,切宽为刀具直径的50％；

半精、精加工路径设计：

外型面采用沿圆弧圆周方向往复加工，选用球头铣刀，每次切深0.3mm～0.5mm；

内型面采用沿圆弧圆周方向往复加工，选用球头铣刀，切深0.3mm～0.5mm；

刀具路径设计原则：

粗加工中外形轮廓长度方向为走刀方向；

半精、精加工中圆弧圆周方向为走到方向；

刀具及切削参数的选用：

采用YG6硬质合金刀具加工，刀具规格及切削用量关系如下：

刀具规格：Φ20R0，主轴转速：14000-15000r/min，进给切削用量：1000～1200mm/min；

刀具规格：Φ20R1，主轴转速：10000-12000r/min，进给切削用量：2000～2500mm/min；

刀具规格：Φ20R5，主轴转速：8000-10000r/min，进给切削用量：1500～2000mm/min；

刀具规格：Φ20R10，主轴转速：13000-15000r/min，进给切削用量：1500～2500mm/min；

刀具规格：Φ16R8，主轴转速：13000-15000r/min，进给切削用量：1000～1500mm/min。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的大型大锥度半罩薄壁铸钢壳体机械加工方法，所述加工步骤中，规定装夹方式，克服了薄壁铸件刚性弱，装夹基准难以确定，装夹困难的缺陷；采用粗铣、半精铣、精铣加工工序，增加人工时效充分释放应力，有效的控制了变形量，并根据零件变形量对切削余量进行合理分配控制，提升加工精度；并规划刀路轨迹路线、对切削加工中的刀具和切削参数进行规定，提高产品刀具寿命和加工效率。本发明工艺方法合理、可靠，稳定性好，能有效地保证壳体加工的质量。

附图说明

图1为本发明提供的大型大锥度半罩薄壁铸钢壳体的结构示意图；

图2为图1的A-A视图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种大型大锥度半罩薄壁铸钢壳体机械加工方法，解决加工过程中零件的刚性差装夹困难，内外型面颤纹大、刀具易断裂、加工效率低、产品质量不稳定，不能满足使用要求的问题。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参见图1和图2，一种大型大锥度半罩薄壁铸钢壳体机械加工方法，包括以下步骤：

壳体加工流程的设计：

对壳体毛坯进行三维扫描及检测，将壳体的扫描模型和最终零件模型进行比对，确定各型面的加工余量；

粗加工内外形，内外形均留2mm余量；

人工时效，通过人工时效消除加工中的应力；

半精加工内外形，内外形均留1mm余量；

人工时效，通过人工时效消除加工中的应力；

精加工内外形，保证内外形及壁厚尺寸；

加工余量的分配：

粗加工材料去除量不小于75％，粗加工留余量为2mm；

半精加工留余量1mm；

装夹方法：

加工外型面时，利用半罩对接面上的孔1将半罩与四块等高的垫板连接固定，再将垫板固定在工作台上；

加工内型时，利用外型面定位，将外型面贴合工装，并压紧半罩对接面；

铣削加工刀轨路径设计：

粗加工路径设计：加工区域划分：将零件型面分割成两种特征,外型面定义为凸曲面，内型面定义为凹曲面；

加工顺序：先对外型面进行加工，然后对内型面进行加工；

路径设计方法：

外形凸曲面加工区采用深度方向分层，沿外形轮廓长度方向顺时针加工，选用圆鼻铣刀进行材料去量(提高加工效率)，切宽为刀具直径的50％，每次切深1mm～1.5mm；

内型凹曲面加工区采用与曲面曲率变化方向一致的加工方向进行分层加工，选用圆鼻铣刀(提高加工效率)，切深1mm～1.5mm,切宽为刀具直径的50％；

半精、精加工路径设计：

外型面采用沿圆弧圆周方向往复加工，选用球头铣刀，每次切深0.3mm～0.5mm；

内型面采用沿圆弧圆周方向往复加工，选用球头铣刀，切深0.3mm～0.5mm；

刀具路径设计原则：

粗加工中外形轮廓长度方向为走刀方向；

半精、精加工中圆弧圆周方向为走到方向；

刀具及切削参数的选用：

采用YG6硬质合金刀具加工，刀具规格及切削用量关系如下：

刀具规格：Φ20R0，主轴转速：14000-15000r/min，进给切削用量：1000～1200mm/min；

刀具规格：Φ20R1，主轴转速：10000-12000r/min，进给切削用量：2000～2500mm/min；

刀具规格：Φ20R5，主轴转速：8000-10000r/min，进给切削用量：1500～2000mm/min；

刀具规格：Φ20R10，主轴转速：13000-15000r/min，进给切削用量：1500～2500mm/min；

刀具规格：Φ16R8，主轴转速：13000-15000r/min，进给切削用量：1000～1500mm/min。

下面将通过一个具体的实施例进行说明。

壳体理论长度应为2513mm，大端最大外圆尺寸为

φ761.6mm，小端最大外圆尺寸为φ84.9mm，壁厚为3mm～6mm～8mm渐变式结构，依次包括：

(1)壳体加工流程的设计；

(1.1)对壳体毛坯进行三维扫描及检测，将壳体的扫描模型和最终零件模型进行比对，确定各型面的加工余量。

(1.2)粗加工内外形。

(1.2.1)平半罩对接面，用Ф20立铣刀加工,转速14000～15000r/min，进给1000～1200mm/min。

(1.2.2)粗加工外型面，用Ф20R1圆鼻铣刀加工(提高加工效率),转速10000～12000r/min，进给2000～2500mm/min，外型面留余量2mm。

(1.2.3)拆外型面工装，装内型面工装；

(1.2.4)粗加工内型面，用Ф20R5圆鼻铣刀加工(提高加工效率),转速8000～10000r/min，进给1500～2000mm/min，内型面留余量2mm。

(1.3)人工时效，通过人工时效释放粗加工中的应力；

(1.4)半精加工内外形。

(1.4.1)半精加工外型面，用Ф20R10球头铣刀加工,转速13000～15000r/min，进给1500～2500mm/min，外型面留余量1mm。

(1.4.2)拆外型面工装，装内型面工装；

(1.4.3)半精加工内型面，用Ф16R8球头铣刀加工,转速13000～15000r/min，进给1000～1500mm/min，内型面留余量1mm。

(1.5)人工时效，通过人工时效消除加工中的应力；

(1.6)精加工内外形，保证内外形及壁厚尺寸。

(1.6.1)精加工外型面，用Ф20R10球头铣刀加工,转速13000～15000r/min，进给1500～2500mm/min。

(1.6.2)拆外型面工装，装内型面工装；

(1.6.3)精加工内型面，用Ф16R8球头铣刀加工,转速13000～15000r/min，进给1000～1500mm/min。

(2)加工余量的分配；

(2.1)粗加工材料去除量不小于75％，粗加工留余量为2mm；

(2.2)半精加工留余量1mm。

(3)装夹方法

(3.1)加工外型面时，利用半罩对接面上的孔将半罩与四块等高的垫板连接固定，再将垫板固定在工作台上；

(3.2)加工内型时，利用外型面定位，将外型面贴合工装，并压紧半罩对接面；

(4)铣削加工刀轨路径设计

(4.1)粗加工路径设计：

(4.1.1)加工区域划分：将零件型面分割成两种特征,外型面定义为凸曲面，内型面定义为凹曲面。

(4.1.2)加工顺序：先对外型面进行加工，然后对内型面进行加工。

(4.1.3)路径设计方法：

a)外形凸曲面加工区采用深度方向分层，沿外形轮廓长度方向顺时针加工，选用圆鼻铣刀进行材料去量，切宽为刀具直径的50％，每次切深1mm～1.5mm。

b)内型凹曲面加工区采用与曲面曲率变化方向一致的加工方向进行分层加工，选用圆鼻铣刀，切深1mm～1.5mm,切宽为刀具直径的50％。

(4.2)半精、精加工路径设计：

a)外型面采用沿圆弧圆周方向往复加工，选用球头铣刀，每次切深0.3mm～0.5mm。

b)内型面采用沿圆弧圆周方向往复加工，选用球头铣刀，切深0.3mm～0.5mm。

(4.3)刀具路径设计原则：

a)粗加工中圆弧直径变化的方向为走刀方向。

b)半精、精加工中圆弧圆周方向为走到方向。

(5)刀具及切削参数的选用：

针对铸钢件的切削加工特点，提出了采用YG6硬质合金刀具加工，刀具规格及切削用量见表1；

表1硬质合金铣削时切削用量参考值

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的大型大锥度半罩薄壁铸钢壳体机械加工方法，所述加工步骤中，规定装夹方式，克服了薄壁铸件刚性弱，装夹基准难以确定，装夹困难的缺陷；采用粗铣、半精铣、精铣加工工序，增加人工时效充分释放应力，有效的控制了变形量，并根据零件变形量对切削余量进行合理分配控制，提升加工精度；并规划刀路轨迹路线、对切削加工中的刀具和切削参数进行规定，提高产品刀具寿命和加工效率。本发明工艺方法合理、可靠，稳定性好，能有效地保证壳体加工的质量。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种大型大锥度半罩薄壁铸钢壳体机械加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

壳体加工流程的设计：

对壳体毛坯进行三维扫描及检测，将壳体的扫描模型和最终零件模型进行比对，确定各型面的加工余量；

粗加工内外形，内外形均留2mm余量；

人工时效，通过人工时效消除加工中的应力；

半精加工内外形，内外形均留1mm余量；

人工时效，通过人工时效消除加工中的应力；

精加工内外形，保证内外形及壁厚尺寸；

加工余量的分配：

粗加工材料去除量不小于75％，粗加工留余量为2mm；

半精加工留余量1mm；

装夹方法：

加工外型面时，利用半罩对接面上的孔将半罩与四块等高的垫板连接固定，再将垫板固定在工作台上；

加工内型时，利用外型面定位，将外型面贴合工装，并压紧半罩对接面；

铣削加工刀轨路径设计：

粗加工路径设计：加工区域划分：将零件型面分割成两种特征,外型面定义为凸曲面，内型面定义为凹曲面；

加工顺序：先对外型面进行加工，然后对内型面进行加工；

路径设计方法：

外形凸曲面加工区采用深度方向分层，沿外形轮廓长度方向顺时针加工，选用圆鼻铣刀进行材料去量，切宽为刀具直径的50％，每次切深1mm～1.5mm；

内型凹曲面加工区采用与曲面曲率变化方向一致的加工方向进行分层加工，选用圆鼻铣刀，切深1mm～1.5mm,切宽为刀具直径的50％；

半精、精加工路径设计：

外型面采用沿圆弧圆周方向往复加工，选用球头铣刀，每次切深0.3mm～0.5mm；

内型面采用沿圆弧圆周方向往复加工，选用球头铣刀，切深0.3mm～0.5mm；

刀具路径设计原则：

粗加工中外形轮廓长度方向为走刀方向；

半精、精加工中圆弧圆周方向为走到方向；

刀具及切削参数的选用：

采用YG6硬质合金刀具加工，刀具规格及切削用量关系如下：

刀具规格：Φ20R0，主轴转速：14000-15000r/min，进给切削用量：1000～1200mm/min；

刀具规格：Φ20R1，主轴转速：10000-12000r/min，进给切削用量：2000～2500mm/min；

刀具规格：Φ20R5，主轴转速：8000-10000r/min，进给切削用量：1500～2000mm/min；

刀具规格：Φ20R10，主轴转速：13000-15000r/min，进给切削用量：1500～2500mm/min；

刀具规格：Φ16R8，主轴转速：13000-15000r/min，进给切削用量：1000～1500mm/min。